El consumo de energía representa una gran proporción de los costos operativos de las plantas de tratamiento de aguas residuales. Cómo utilizar las nuevas tecnologías y la energía renovable para mejorar la eficiencia energética y reducir el consumo de energía en el suministro de agua y el proceso de tratamiento del agua se ha convertido en el foco de muchas plantas de tratamiento de aguas residuales en el mundo. Hoy les presentamos la aplicación de la energía solar en varias plantas de tratamiento de aguas residuales de Estados Unidos.

Comisión de Saneamiento Suburbano de Washington, Planta de Tratamiento de Aguas Residuales de Seneca y Western Branch, Germantown y Upper Marlboro, Maryland

La Comisión Sanitaria Suburbana de Washington (WSSC) ha establecido dos plantas de energía solar fotovoltaica independientes de 2 MW, cada una de las cuales puede compensar la compra anual de energía conectada a la red de aproximadamente 3278MWh / año. Ambos sistemas de generación de energía fotovoltaica están construidos en áreas abiertas sobre el suelo, junto a la planta de tratamiento de aguas residuales. Standard Solar fue seleccionado como el contratista de EPC, y Washington Gas Energy Services (WGES) fue el propietario y proveedor de PPA. AECOM ayuda a WSSC a revisar los documentos de diseño de los proveedores de EPC para garantizar la alta calidad del sistema.

AECOM también presentó documentos de permisos ambientales al Departamento de Medio Ambiente de Maryland (MDE) para garantizar que el sistema solar fotovoltaico cumpla con las regulaciones ambientales locales. Ambos sistemas están conectados al cliente del dispositivo reductor de 13.2kV ​​/ 480V y ubicados entre el transformador y los relés o disyuntores que protegen la planta de tratamiento de aguas residuales. Debido a la elección de los puntos de interconexión y la generación de energía solar que a veces (aunque rara vez) excede el consumo de energía en el sitio, se han instalado nuevos relés para evitar que la salida de energía regrese a la red. La estrategia de interconexión de las instalaciones de la planta de tratamiento de aguas residuales de Blue Plains de DC Water es muy diferente a la de WSSC y requiere múltiples métodos de interconexión, principalmente considerando que hay dos alimentadores de energía de la red pública principal que se ramifican a tres medidores eléctricos principales y los correspondientes circuitos de media tensión.

Planta de tratamiento de aguas residuales de Hill Canyon, Thousand Oaks, California

La Planta de Tratamiento de Aguas Residuales de Hill Canyon fue construida en 1961, con una capacidad de procesamiento diaria de aproximadamente 38,000 toneladas, y es conocida por su excelente manejo ambiental. La planta de aguas residuales está equipada con un dispositivo de tratamiento de tres etapas y las aguas residuales tratadas se pueden reutilizar como agua recuperada. El 65% del consumo de energía en el sitio es producido por una unidad de cogeneración de 500 kilovatios y un sistema fotovoltaico solar de 584 kilovatios CC (500 kilovatios CA). El sistema solar fotovoltaico se instala en un depósito de desbordamiento como lecho de secado de biosólidos, como se muestra en la Figura 8. Estos componentes modulares se instalan en un seguidor de un solo eje por encima del nivel de agua más alto, y todos los dispositivos eléctricos se instalan en un lado del el canal para minimizar la intrusión de agua. El sistema está diseñado para que solo sea necesario instalar los anclajes de pilares verticales en la placa de fondo de la piscina de concreto existente, lo que reduce la cantidad de construcción requerida para los pilotes o cimientos tradicionales. El sistema solar fotovoltaico se instaló a principios de 2007 y puede compensar el 15% de las compras actuales de la red.

Distrito de obras sanitarias del condado de Ventura, planta de agua recuperada de Moorpark, Moorpark, California

Aproximadamente 2.2 millones de galones (aproximadamente 8330m3) de aguas residuales de 9,200 usuarios fluyen hacia la Instalación de Recuperación de Agua de Moorpark todos los días. El plan estratégico 2011-2016 del condado de Ventura detalló cinco “áreas clave”, que incluyen “medio ambiente, uso de la tierra e infraestructura”. Los siguientes son los objetivos estratégicos clave en este campo específico: “Implementar medidas rentables de ahorro de energía y reducción de emisiones a través de operaciones independientes, planificación regional y colaboración público / privada”.

En 2010, el Distrito de Agua No. 1 del Condado de Ventura cooperó con AECOM para investigar los sistemas fotovoltaicos. En julio de 2011, la región recibió un fondo de adjudicación de desempeño de proyectos fotovoltaicos de 1.13 MW en la Planta de Recuperación de Residuos de Moorpark. La región ha pasado por un largo proceso de Solicitud de Propuestas (RFP). Finalmente, a principios de 2012, RECSolar obtuvo la autorización del proyecto para iniciar el diseño y construcción del sistema fotovoltaico. El sistema fotovoltaico se puso en funcionamiento en noviembre de 2012 y obtuvo un permiso de funcionamiento en paralelo.

El sistema solar fotovoltaico actual puede generar alrededor de 2.3 millones de kilovatios-hora de electricidad cada año, lo que casi puede compensar el 80% de la electricidad comprada por la planta de agua de la red. Como se muestra en la Figura 9, el sistema de seguimiento de un solo eje genera un 20% más de electricidad que el sistema tradicional de inclinación fija, por lo que se ha mejorado la producción general de electricidad. Cabe señalar que cuando el eje está en la dirección norte-sur y la matriz de bits está en el área abierta, el sistema de seguimiento de un solo eje tiene la mayor eficiencia. La planta de reciclaje de residuos de Mookpark utiliza tierras de cultivo adyacentes para proporcionar el mejor lugar para los sistemas fotovoltaicos. La base del sistema de seguimiento se apila sobre la viga de ala ancha bajo tierra, lo que reduce en gran medida el costo y el tiempo de construcción. Durante todo el ciclo de vida del proyecto, la región ahorrará aproximadamente US $ 4.5 millones.

Administración Municipal de Servicios Públicos del Condado de Camden, Nueva Jersey

En 2010, la Autoridad de Servicios Públicos Municipales del Condado de Camden (CCMUA) se propuso un objetivo audaz de utilizar energía 100% renovable que es más barata que la electricidad local para procesar los 60 millones de galones generados por día (unos 220,000 m³) de aguas residuales. CCMUA se da cuenta de que los sistemas solares fotovoltaicos tienen ese potencial. Sin embargo, la planta de tratamiento de aguas residuales de CCMUA se compone principalmente de tanques de reacción abiertos, y los paneles solares tradicionales en los tejados no pueden formar una determinada escala para suministrar energía.

A pesar de esto, CCMUA aún se encuentra abierta a licitación. El Sr. Helio Sage, quien participó en la licitación, expresó su creencia de que a través de algunos proyectos adicionales, se desplegará un sistema fotovoltaico similar a un garaje solar sobre el tanque de sedimentación abierto. Dado que el proyecto solo tiene sentido si CCMUA puede lograr ahorros de energía inmediatos, el diseño del esquema no solo debe ser sólido, sino también rentable.

En julio de 2012, el CCMUA Solar Center lanzó un sistema de generación de energía solar fotovoltaica de 1.8 MW, que consta de más de 7,200 paneles solares y cubre una piscina abierta de 7 acres. La innovación del diseño radica en la instalación del sistema de dosel de 8-9 pies de altura, que no interferirá con el uso, operación o mantenimiento de otros equipos de piscinas.

La estructura solar fotovoltaica tiene un diseño anticorrosión (agua salada, ácido carbónico y sulfuro de hidrógeno) y una marquesina para cochera modificada fabricada por Schletter (un conocido proveedor de sistemas de soportes fotovoltaicos, incluidas las cocheras). Según PPA, CCMUA no tiene gastos de capital y no es responsable de ningún costo de operación y mantenimiento. La única responsabilidad financiera de CCMUA es pagar un precio fijo por la energía solar durante 15 años. CCMUA estima que ahorrará millones de dólares en costos de energía.

Se estima que el sistema solar fotovoltaico generará alrededor de 2.2 millones de kilovatios-hora (kWh) de electricidad cada año, y el rendimiento basado en el sitio web interactivo de CCMUA será mejor. El sitio web muestra la producción de energía actual y acumulada y los atributos ambientales, y refleja la producción de energía actual en tiempo real, como se muestra en la siguiente figura.

Distrito Municipal de Agua de West Basin, EI Segundo, California

El Distrito de Agua Municipal de West Basin (Distrito de Agua Municipal de West Basin) es una institución pública dedicada a la innovación desde 1947, que proporciona agua potable y recuperada a las 186 millas cuadradas del oeste de Los Ángeles. West Basin es la sexta área de agua más grande de California y atiende a casi un millón de personas.

En 2006, West Basin decidió instalar sistemas de generación de energía solar fotovoltaica en sus instalaciones de agua recuperada, con la esperanza de obtener beneficios económicos y medioambientales a largo plazo. En noviembre de 2006, Sun Power ayudó a West Basin a instalar y completar la matriz fotovoltaica, que consta de 2,848 módulos y genera 564 kilovatios de corriente continua. El sistema está instalado en la parte superior del tanque de almacenamiento de procesamiento de concreto subterráneo en el área. El sistema de generación de energía solar fotovoltaica de West Basin puede generar alrededor de 783,000 kilovatios-hora de energía renovable limpia cada año, al tiempo que reduce el costo de las instalaciones públicas en más de un 10%. Desde la instalación del sistema fotovoltaico en 2006, la producción de energía acumulada a enero de 2014 fue de 5.97 gigavatios (GWh). La siguiente imagen muestra el sistema fotovoltaico en West Basin.

Distrito de Agua de Rancho California, Planta de Agua Recuperada de Santa Rosa, Murrieta, California

Desde su establecimiento en 1965, Rancho California Water District (Rancho California Water District, RCWD) ha proporcionado agua potable, tratamiento de aguas residuales y servicios de tratamiento de reutilización de agua a áreas dentro de un radio de 150 millas cuadradas. El área de servicio es Temecula / Rancho California, incluida la ciudad de Temecula, partes de la ciudad de Murrieta y otras áreas del condado de Riverside.

RCWD tiene una visión de futuro y es muy sensible al medio ambiente y los costos estratégicos. Ante los crecientes costos de las instalaciones públicas y los costos energéticos anuales de más de 5 millones de dólares estadounidenses, consideraron la generación de energía solar fotovoltaica como una alternativa. Antes de considerar los sistemas solares fotovoltaicos, la junta directiva de RCWD evaluó una serie de opciones de energía renovable, incluida la energía eólica, depósitos de almacenamiento por bombeo, etc.

En enero de 2007, impulsado por el Programa de Energía Solar de California, RCWD recibió un premio por desempeño de solo $ 0.34 por kilovatio-hora de electricidad dentro de los cinco años bajo la jurisdicción de la empresa de servicios públicos local. RCWD ejerce PPA a través de SunPower, sin gastos de capital. RCWD solo necesita pagar la electricidad generada por el sistema fotovoltaico. El sistema fotovoltaico está financiado, es propiedad y está operado por SunPower.

Desde la instalación del sistema fotovoltaico de CC de 1.1 MW de RCWD en 2009, el área ha disfrutado de muchos beneficios. Por ejemplo, la Planta de Recuperación de Agua de Santa Rosa (Planta de Recuperación de Agua de Santa Rosa) puede ahorrar US $ 152,000 en costos al año, compensando aproximadamente el 30% de las necesidades energéticas de la planta. Además, dado que RCWD elige Créditos de energía renovable (REC) relacionados con su sistema fotovoltaico, puede reducir más de 73 millones de libras de emisiones de carbono nocivas en los próximos 30 años y tiene un impacto de mercado positivo en el medio ambiente.

Se espera que el sistema solar fotovoltaico ahorre hasta 6.8 millones de dólares en costos de electricidad para la región en los próximos 20 años. El sistema solar fotovoltaico instalado en la planta RCWD Santa Rosa es un sistema de seguimiento de inclinación. En comparación con el sistema tradicional de inclinación fija, su tasa de rendimiento de producción de energía es aproximadamente un 25% más alta. Por lo tanto, es similar al sistema fotovoltaico de un eje y fijo En comparación con el sistema de inclinación, la rentabilidad también se mejora significativamente. Además, el sistema de seguimiento oblicuo requiere un área más grande para evitar la oclusión de la sombra línea por línea, y debe estar orientado en línea recta. El sistema de seguimiento oblicuo tiene sus limitaciones. Al igual que el sistema de seguimiento de un solo eje, debe construirse en un área rectangular abierta y sin restricciones.